بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک گیت NAND تمام نوری با استفاده از نانو ساختار های فوتونیک کریستالی طراحی و شبیه سازی شده است. بازده قابل قبول سرعت بالا و کوچکی ساختار از مزیت های این قطعه می باشد. این ساختار با استفاده از مشدد حلقوی غیر خطی در شبکه ی مربعی میله ای بلور فوتونی طراحی شده است. دو مشدد حلقوی برای ایجاد حالت های صفر و یک منطقی با عملکرد سوئیچینگ وجود دارد. ساختار با استفاده از روش های FDTD و PWE شبیه سازی شده است. این قطعه قابلیت استفاده در مدارات مجتمع نوری را دارد.
-1 مقدمه :
باید توجه داشت که ابعاد قطعه طراحی شده باید چنان باشد که قابل استفاده در مدارات مجتمع نوری باشد.بزرگترین مشکل پیشرو در طراحی قطعات نوری بسیار کوچک حبس شدگی ضعیف نور در فضای کوچک میباشد این مشکل با معرفی کریستالهای فوتونیکی رفع شده است .فوتونیک کریستالی کلاس جدیدی از رسانه های نوری را تشکیل میدهد که با توجه به عملکرد و تنوع جایگاه ویژه ای را در مدارات مجتمع نوری پیدا کرده است.[1] از سال 1987 کریستال فوتونی به سرعت در حال توسعه و مورد توجه جوامع علمی پژوهشی به دلیل وجود شکاف باند فوتونی قرار گرقته است.
بلور های فوتونی ساختار های به شدت پاشنده هستند به این معنی که ضرایب انتقال و بازتاب آنها به شدت تابع بسامد موج تابیده شده می باشد مهمترین اثر ناشی از تناوب در بلور فوتونی وجود نواحی پیوسته بسامد است که در آنها امکان انتشار موج در ساختار وجود ندارد. ضرایب دی الکتریک دو ماده ی تشکیل دهنده ی بلور فوتونی به اندازه ی کافی متفاوت باشند جذب نور در ماده حداقل می شود وحداقل یکی از تناوب های محیط با طول موج نور مقایسه شده و پراکندگی در مرز ها سبب ایجاد گاف انرژی می شود .به عبارت دیگردر باند فرکانسی خاص ساختار به صورت منعکس کننده رفتار میکند به این ترتیب باندتوقف تشکیل شده است.
در این ناحیه امکان انتشار فوتون در جهت و قطبش خاص وجود ندارد در نتیجه اغلب ایجاد ناخالصی در ساختار کریستال نوری باعث محصور شدن امواج الکترو مغناطیسی درمحل ناخالصی می شود. از این ویژگی می توان برای ایجاد موجبر ها وکاواک های نوری بهره جست.زیرا مکانیزم هدایت موجبر ها بر اساس باند توقف بوده وبامکانیزم هدایت موجبر های دی الکتریک معمولی متفاوت است.
از باند توقف کریستال های نوری در ساخت ادوات نوری فیبر نوری با پاشندگی قابل انعطاف و خواص غیرخطی قوی تر طیف سنجی موجبر های نوری تشدید کننده با ضرایب کیفیت بالا و منابع لیزری با آستانه پایین استفاده می شود.
گیت های منطقی تمام نوری عناصر کلیدی در فناوری پردازش سیگنال های تمام نوری هستند.استفاده از فوتون ها به جای الکترون ها سرعت گیت های منطقی را تا صد برابر در محاسبات دیجیتال پردازش و ذخیره سازی اطلاعات رمز نگاری و کاربرد های دیگر افزایش می دهد.برای کاهش هزینه ساخت و آوردن تعداد زیادی از این ادوات بر روی یک تراشه - نوری - و افزایش کارایی آنها لازم است که از فناوری بلور های فوتونی استفاده شود.
در این مقاله یک گیت NAND با استفاده از بلور فوتونیکی با شبکه ی مربعی طراحی و شبیه سازی شده است. ساختار در ابعاد نانو می باشد شبیه سازی با استفاه از روش FDTD انجام گرفته است. شبیه سازی های PWE و FDTD با استفاده از قسمت های Bandsolve و FullWave در آرسافت انجام گرفته است.
-2 ساختار اصلی
در این مقاله یک ساختار متناوب فوتونیک کریستالی با استفاده از شبکه ی مربعی دو بعدی با سلول های دایروی در جهت های x و z به تعداد سلول های 25*12 را ایجاد نموده ایم. در طول انجام مراحل طراحی جنس میله با ضریب دی الکترک 3.59 است و در زمینه ی هوا استفاده شده است. ثابت شبکه برابر با 492 نانومتر است که فاصله ی بین دو شعاع مجاور را نشان می دهد و شعاع سلول برابر با 0.0984است. در شکل 1 ساختار پریودیک متناوب از میله های دی الکتریک فوتونیک کریستالی در زمینه هوا مشاهده می شود. و در شکل 2 ساختار باند بدون هیچ ناراستی نشان داده شده است که درآن هر دو مد TE و TM به ترتیب با رنگ آبی و قرمز نشان داده شده است.
با توجه به شکل نواحی باند گپ در هر دومد مشخص شده است. در مد TM یک ناحیه باند توقف ودر TE نیز یک باند توقف ایجاد شده است این ساختاردارای فرکانس نرمالیزه باند توقف در محدوده ی 0.410-0.275 در TE است. بنابراین محدوده ی طول موج وسیع 1790-1200 نانومتری را در برخواهد داشت. زمانی که یک ناراستی خطی و یا نقطه ای ایجاد می شود ناحیه باند توقف ایجاد می شود و در نتیجه می توان در این ناحیه امواجی با طول موج خاص را انتقال داد.
دانستن برخی از خصوصیات و ویژگی های ساختاری ضروری است. بررسی ضریب دی الکتریک ماده ساختار برای درک بهتر قرار گرفتن سلول ها در محیط بستر در شکل 3 نشان داده شده است که میزان ضریب شکست ماده در محیط بستر به صورت واضح مشخص شده است. محاسبه نقشه ساختار باندیکی از اساسی ترین بخش طراحی می باشد محاسبه ی نقشه ی باند ساختار باند برای ضریب دی الکتریک در شکل4 برای شعاع در شکل 5 و شکل 6 نشان دهنده ی اختلاف ضریب شکست است.
